謝娜，劉飛，李子夏，唐成芳，贠寧，姬小婷，王丹楊

1.西安醫(yī)學(xué)院口腔醫(yī)學(xué)院，陜西西安710021；2.西安交通大學(xué)口腔醫(yī)院，陜西西安710004；3.陜西中醫(yī)藥大學(xué)附屬醫(yī)院口腔科，陜西咸陽(yáng)712000

前言

等離子體是繼固態(tài)、液態(tài)、氣態(tài)以外的第4 種物質(zhì)形態(tài)。1879年Wiliam Crookes初次提出“物質(zhì)第四態(tài)”用來(lái)描述氣體放電時(shí)所產(chǎn)生的電離氣體，“等離子體”這個(gè)專業(yè)術(shù)語(yǔ)則由Irving Langmuir 在1928年首次定名。等離子體是指氣體被加熱或置于高頻高壓電場(chǎng)中，形成了高度電離的氣體云，獲取巨大能量的氣體云外層電子脫離原子核的束縛成為自由電子，原子核所帶正電荷與自由電子所帶負(fù)電荷總量相等，整體呈現(xiàn)出電中性狀態(tài)，故稱之為等離子［1-3］。宇宙中99.9%的物質(zhì)都處于等離子體狀態(tài)，例如恒星、極光以及蠟燭的火焰等［4］。近年來(lái)，隨著等離子體技術(shù)的不斷深入研究，等離子體已經(jīng)逐漸成為一門包羅萬(wàn)象的學(xué)科。

1 等離子體相關(guān)介紹

1.1 等離子體形成相關(guān)原理

等離子體產(chǎn)生及其存在的本質(zhì)是氣體分子在加熱或強(qiáng)電磁場(chǎng)作用下獲得高能量后轉(zhuǎn)變?yōu)橛呻娮雍碗x子群所組成的近似電中性的電離氣體。這種高度電離的氣體中包含了電子、離子、原子、分子、活性自由基、激發(fā)態(tài)粒子以及射線等［5］。

1.2 等離子體的分類

根據(jù)等離子體產(chǎn)生的溫度，可將等離子體分為高溫等離子體和低溫等離子體兩種類型。高溫等離子體是指溫度達(dá)108～109K下完全電離產(chǎn)生的電離度接近于1的等離子體，并且重粒子和電子的溫度都很高。低溫等離子體則是在低溫下（≤104K）實(shí)現(xiàn)，只有部分氣體電離（電離度為10-7～10-4），而大多數(shù)氣體分子仍然處于未電離狀態(tài)。根據(jù)熱力學(xué)狀態(tài)不同，低溫等離子體又可分為熱平衡等離子體（也稱熱等離子體）和非熱平衡等離子體（也稱冷等離子體），在非熱平衡等離子體中，因?yàn)橹仉x子的溫度遠(yuǎn)遠(yuǎn)低于電子的溫度，因此其溫度相對(duì)較低，故這樣的等離子體十分適合應(yīng)用于醫(yī)學(xué)領(lǐng)域［6］。本文主要介紹大氣壓低溫等離子體在口腔醫(yī)學(xué)領(lǐng)域中的應(yīng)用。

2 大氣壓低溫等離子體在口腔醫(yī)學(xué)領(lǐng)域中的應(yīng)用

近年來(lái)，大氣壓低溫等離子體技術(shù)的迅猛發(fā)展，極大地推動(dòng)了等離子體技術(shù)在醫(yī)學(xué)領(lǐng)域中的應(yīng)用。Sladek等［7］在研究過(guò)程中發(fā)現(xiàn)等離子體對(duì)口腔中的大腸桿菌和變異鏈球菌具有很高的滅活能力，開(kāi)啟了等離子體在口腔醫(yī)學(xué)領(lǐng)域應(yīng)用中的新篇章。至此，越來(lái)越多的學(xué)者開(kāi)始關(guān)注等離子體在口腔醫(yī)學(xué)領(lǐng)域中的應(yīng)用，例如口腔致病微生物的滅活、齲病治療、牙齒美白、材料表面改性等，等離子體在口腔醫(yī)學(xué)領(lǐng)域中展現(xiàn)出極大的應(yīng)用前景。

2.1 大氣壓低溫等離子體在口腔滅菌方面的應(yīng)用

大氣壓低溫等離子體在口腔醫(yī)學(xué)領(lǐng)域中最初應(yīng)用于殺菌方面的研究。例如口腔治療器械的消毒、牙齒根管消毒、口腔致病微生物的滅菌等［8］。

口腔治療器械的表面清潔包含了朊病毒/病原微生物的滅活、有機(jī)物的移除等［8］。Whittaker等［9］應(yīng)用等離子體對(duì)器械表面進(jìn)行處理，利用掃描電鏡等檢測(cè)方法確定等離子體處理前后器械表面有機(jī)物的存留程度，結(jié)果發(fā)現(xiàn)使用等離子體處理后，器械表面的有機(jī)物數(shù)量降低至檢測(cè)儀器能夠測(cè)量到的最低極限值之下。這項(xiàng)工作表明，等離子體清洗為牙科器械的去污提供了一種安全有效的方法。

在臨床治療中，根管治療失敗的主要原因是沒(méi)有完全清除感染根管內(nèi)壞死的牙髓組織和病原微生物，從而導(dǎo)致根管系統(tǒng)的再次感染。作為一種氣態(tài)介質(zhì)，等離子體具有穿透不規(guī)則齲洞/裂隙和殺滅細(xì)菌的能力。等離子體治療齲齒或牙齒表面能夠避免污染，可以有效的抑菌，對(duì)于細(xì)菌侵蝕的齲洞可以去除玷污層。Lu等［10］根據(jù)牙齒根管系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)，研制出一種可以在根管內(nèi)直接放電產(chǎn)生等離子體的等離子針裝置，利用此裝置幾分鐘內(nèi)即可有效殺滅引起根管治療失敗的主要致病菌-糞腸球菌，從而大大增強(qiáng)了根管內(nèi)滅菌效率。Pan等［11］通過(guò)進(jìn)一步研究發(fā)現(xiàn)，等離子體射流能夠到達(dá)感染根管的深部，可以更加有效的殺滅糞腸球菌。

近年來(lái)，越來(lái)越多的實(shí)驗(yàn)研究顯示，等離子體可有效殺滅口腔中的致病微生物，例如與齲病發(fā)生相關(guān)的致病菌，如變異鏈球菌以及嗜酸乳桿菌等［12-13］。Blumhagen等［14］用氬氣等離子體刷對(duì)接種于牙釉質(zhì)類似物上的變異鏈球菌進(jìn)行處理，13 s內(nèi)即可將低濃度細(xì)菌（＜1.7×107CFU/cm2）完全殺滅。Abonti等［15］應(yīng)用氧氣作為冷常壓等離子體射流的工作氣體處理變異鏈球菌時(shí)，獲得了比其他工作氣體更好的殺菌效果，可快速有效地殺滅變異鏈球菌。Yang等［13］證實(shí)氬氣等離子體刷處理15 s即可殺滅變異鏈球菌，5 min可殺滅嗜酸乳桿菌。不僅如此，等離子體還可以有效地清除生長(zhǎng)在牙齒和口腔黏膜上的耐藥性生物膜，減少由口腔生物膜造成的齲齒、牙周炎和口腔黏膜相關(guān)的口腔疾?。?6-17］。牙齦卟啉單胞菌是目前公認(rèn)的導(dǎo)致牙周炎和種植體周圍炎的可疑致病菌，周鑫才等［18］通過(guò)制備與氯已定相結(jié)合的等離子體，有效的殺滅牙齦卟啉單胞菌，為牙周炎以及種植體周圍炎的臨床治療提供新的思路。

因此低溫等離子體在致病性微生物滅活中的作用可能是一種更新、更便捷、更經(jīng)濟(jì)的替代方法，其在口腔臨床滅菌中具有極為廣闊的應(yīng)用前景。

3 大氣壓低溫等離子體在口腔材料表面改性中的應(yīng)用

通過(guò)改善材料本身機(jī)械以及物理性能從而提高材料與機(jī)體生物相容性是材料改性非常重要的目的，而低溫等離子體可在不改變材料基本性能的基礎(chǔ)上，對(duì)材料的表面起到活化的作用，從而改變材料的濕潤(rùn)性以及細(xì)胞生物相容性［19］。

3.1 口腔種植材料的表面改性

種植體植入機(jī)體后未能與機(jī)體周圍骨組織形成很好的骨結(jié)合，常常是導(dǎo)致種植手術(shù)失敗的重要原因，通過(guò)改變種植體表面性能，增加種植體與周圍組織的生物相容性，降低植入后的感染從而提高種植成功率一直是廣大學(xué)者研究的方向。

Lee等［20］利用大氣壓低溫等離子體射流對(duì)鈦片表面處理10 s，發(fā)現(xiàn)等離子體處理后可增加鈦片表面的潤(rùn)濕性，還可促進(jìn)牙齦成纖維細(xì)胞在鈦片表面的早期附著，從而增強(qiáng)種植體與周圍軟組織的密封效果，降低致病菌的感染，增強(qiáng)種植體與周圍組織骨結(jié)合的能力。Matos等［21］發(fā)現(xiàn)等離子體處理可極大提高鈦片表面的親水性能、促進(jìn)成骨細(xì)胞在其表面的黏附能力，進(jìn)而提高植體骨結(jié)合能力。謝艷婷等［22］也在隨后的實(shí)驗(yàn)中進(jìn)一步印證了這一結(jié)論。

3.2 口腔修復(fù)材料的表面改性

口腔內(nèi)環(huán)境比較復(fù)雜，多種因素制約著口腔材料的修復(fù)效果。等離子體在不影響材料本身基本特性的情況下，在材料表面形成一個(gè)惰性的表面保護(hù)層，從而提高材料表面本身的潤(rùn)濕性、分子極性、粘接性以及生物相容性［23-24］。

修復(fù)材料中常用的氧化鋯與樹(shù)脂粘接強(qiáng)度的高低與其本身親水性能密切相關(guān)［25］。廖宇等［26］使用等離子體處理氧化鋯后發(fā)現(xiàn)，材料表面形態(tài)并未明顯改變，但其表面的潤(rùn)濕性增加，進(jìn)而材料與樹(shù)脂之間的粘接強(qiáng)度顯著提高。

熱固化丙烯酸樹(shù)脂是制作全口義齒和可摘局部義齒基托的常用材料，而此種材料表面親水性較低，因此在臨床中常導(dǎo)致義齒的吸附效果不好。王萍等［27］利用低溫等離子體對(duì)熱凝基托樹(shù)脂進(jìn)行處理后，發(fā)現(xiàn)等離子的活性物質(zhì)可在材料表面引入氧極性基團(tuán)，使材料表面潤(rùn)濕性顯著增加，增強(qiáng)了義齒基托與黏膜之間的吸附力。馬小青等［28］發(fā)現(xiàn)等離子體對(duì)老化的熱凝樹(shù)脂基托處理后可增加材料表面的親水性能，并且可以提高樹(shù)脂材料與硅橡膠軟襯材料之間的粘接力，從而改善了義齒重襯技術(shù)，有效延長(zhǎng)樹(shù)脂基托的使用壽命。等離子體為口腔修復(fù)材料的表面改性提供了新的思路和方法。

4 大氣壓低溫等離子體對(duì)牙體組織表面改性的影響

等離子體中富含基態(tài)或者是激發(fā)態(tài)的活性粒子成分，這些活性成分可對(duì)生物材料的表面產(chǎn)生轟擊和熱蝕刻效應(yīng)［29］。通過(guò)這些效應(yīng)可有效改變牙本質(zhì)表面的物理、化學(xué)以及生物等相關(guān)性能，從而提高牙本質(zhì)表面的濕潤(rùn)性、增加牙本質(zhì)膠原纖維表面含氧官能團(tuán)的嫁接并且促進(jìn)粘接樹(shù)脂的滲透性、形成粘接耐久性能更高的混合層結(jié)構(gòu)［30］。

Chen等［31］利用等離子體刷對(duì)牙本質(zhì)進(jìn)行處理，通過(guò)紅外光譜分析發(fā)現(xiàn)等離子體處理前后牙本質(zhì)膠原纖維中的二級(jí)結(jié)構(gòu)發(fā)生改變，并且等離子體處理后明顯增強(qiáng)了牙本質(zhì)-復(fù)合樹(shù)脂的粘接性能。Zhu等［32］利用低溫等離子體裝置處理脫礦后的牙本質(zhì)發(fā)現(xiàn)，等離子體處理后可顯著降低等離子體射流中活性粒子成分對(duì)脫礦后牙本質(zhì)表面膠原纖維“轟擊”的蝕刻效應(yīng)，大大增強(qiáng)了牙本質(zhì)-復(fù)合樹(shù)脂即刻的粘接強(qiáng)度。Ayres等［33］用等離子體作用于酸蝕后的牙本質(zhì)表面后測(cè)定樹(shù)脂和牙本質(zhì)的微拉伸結(jié)合強(qiáng)度，結(jié)果顯示等離子體處理組與未使用等離子處理組未有明顯差異，1年后的測(cè)量結(jié)果顯示等離子體處理組仍能維持較高的結(jié)合強(qiáng)度，與未使用等離子體處理組存在顯著差異。因此等離子體對(duì)牙本質(zhì)處理后可增加牙本質(zhì)表面粗糙度及親水性，從而獲得更高的粘接強(qiáng)度。

5 大氣壓低溫等離子體在牙齒美白中的應(yīng)用

目前臨床中對(duì)于牙齒的美白主要借助過(guò)氧化物（過(guò)氧化氫、過(guò)氧化脲、過(guò)硼酸鈉等）的漂白來(lái)完成。牙齒漂白的主要原理是過(guò)氧化物在特殊光源局部照射下，其活化時(shí)可分解產(chǎn)生羥基等自由基，這些自由基能夠切斷著色牙內(nèi)部的有機(jī)大分子中未飽和的二價(jià)鍵（著色分子鎖），將這些不飽和二價(jià)鍵氧化分解成小分子物質(zhì)，從而達(dá)到牙齒脫色或者使牙面顏色變淺的目的。但是目前這些漂白方法存在著一些不良反應(yīng)。一方面，高濃度的過(guò)氧化物易引起牙頸部硬組織的吸收，從而造成術(shù)者在處理后對(duì)外部刺激敏感。另一方面，這些光源可引發(fā)牙體組織升溫，進(jìn)而對(duì)牙髓組織造成不可逆的損傷。低溫等離子體操作過(guò)程中產(chǎn)生的熱量屬于牙髓組織可接受的正常范圍之內(nèi)，并且射流中的活性粒子可作為過(guò)氧化物的催化劑，可激發(fā)過(guò)氧化物的分解并且釋放大量羥基，從而提高臨床美白效率［2］。近些年來(lái)越來(lái)越多的研究者將等離子體技術(shù)應(yīng)用于牙齒美白研究中，為牙齒美白帶來(lái)了新的臨床治療思路。

Sun等［34］將大氣壓直流低溫等離子體應(yīng)用于牙齒的美白研究中，結(jié)果顯示在20 min的處理時(shí)間內(nèi)，等離子體處理H2O2后的·OH自由基峰值是單純雙氧水組的兩倍，等離子體可以加速過(guò)氧化氫分解，生成更多的可以促進(jìn)氧化著色大分子分解的·OH自由基，進(jìn)而增強(qiáng)過(guò)氧化氫凝膠的美白功效，并且對(duì)處理時(shí)的溫度進(jìn)行了檢測(cè)，發(fā)現(xiàn)等離子體處理時(shí)牙齒表面的溫度僅為37 ℃左右，此溫度屬于牙齒可耐受的正常溫度，因此在利用等離子體對(duì)牙齒進(jìn)行美白時(shí)可減輕對(duì)牙髓組織的損傷。Lee等［35］將H2O2單獨(dú)處理和等離子體與H2O2聯(lián)合處理過(guò)后牙齒的美白效果進(jìn)行了對(duì)比，通過(guò)掃描電鏡等檢測(cè)方法發(fā)現(xiàn)，與僅使用H2O2相比，利用等離子體與H2O2相結(jié)合處理牙齒，較單純使用H2O2進(jìn)行處理，可使美白效果提高3倍，且掃描電鏡下觀測(cè)到牙齒表面的蛋白可被明顯移除，因此證實(shí)等離子可有效促進(jìn)牙齒美白效果。但是目前等離子應(yīng)用于牙齒美白的過(guò)程仍然需要借助過(guò)氧化物的參與，因此怎樣更好的利用等離子本身自有的自由基和活性物質(zhì)仍然是學(xué)者們進(jìn)一步研究的問(wèn)題。

6 大氣壓低溫等離子體在牙周病治療中的應(yīng)用

牙周病是口腔最常見(jiàn)的一種細(xì)菌感染性疾病，其可導(dǎo)致牙周支持組織的漸進(jìn)性破壞，從而引起牙齒缺失。牙周病與人體全身性疾病有著極大的關(guān)聯(lián)，其可誘發(fā)或加重心臟病、腎病、糖尿病等全身系統(tǒng)性疾病，因此對(duì)牙周病的治療一直是口腔學(xué)者們致力解決的問(wèn)題。大量研究表明等離子體可以有效殺滅與牙周病致病密切相關(guān)的牙齦卟啉單胞菌，并且還可促進(jìn)裸露牙根表面成骨細(xì)胞的粘附能力［36］。因此，等離子體技術(shù)在牙周病治療中有著極大的應(yīng)用潛力，研究其治療牙周病的效果以及生物安全性具有十分重要的意義。

7 大氣壓低溫等離子體在口腔頜面部止血中的應(yīng)用

創(chuàng)傷治療中凝血是一個(gè)非常重要的概念，口腔頜面部因血運(yùn)豐富，快速有效地止血在口腔頜面部治療中就顯得尤為重要。目前臨床中應(yīng)用比較廣泛的止血方法是高頻電刀，但電刀溫度過(guò)高，易燒焦需處理的組織面。而低溫等離子體技術(shù)則是通過(guò)調(diào)節(jié)特定凝血機(jī)制來(lái)達(dá)到凝血作用，并且在處理過(guò)程中并不損傷其周圍組織，止血過(guò)程中不產(chǎn)生熱量、碳化、氣化以及細(xì)菌污染等負(fù)面效應(yīng)［2,37-38］。

Fridman等［39］利用單電極低溫等離子體進(jìn)行凝血實(shí)驗(yàn)中發(fā)現(xiàn)，等離子體處理只需幾秒鐘即可使血液迅速凝結(jié)，極大節(jié)省了血液凝結(jié)所需的時(shí)間。并且等離子體短時(shí)間內(nèi)直接處理皮膚時(shí)，可在幾秒鐘之內(nèi)殺死皮膚菌群，但不會(huì)對(duì)皮膚正常組織造成傷害。

8 其他

等離子體在應(yīng)用過(guò)程中還需要關(guān)注的一個(gè)重點(diǎn)問(wèn)題是等離子體是否會(huì)對(duì)口腔正常組織產(chǎn)生不利影響。研究證實(shí)，只要恰當(dāng)選擇等離子體源、劑量以及處理時(shí)間，無(wú)論是在體外以及在活體上直接應(yīng)用等離子體處理，都不會(huì)對(duì)人體正常的組織形成危害［40-41］。熊紫蘭等［42］使用大氣壓等離子體射流處理人體成骨細(xì)胞，通過(guò)熒光跟蹤等離子處理和未處理的成骨細(xì)胞生長(zhǎng)狀態(tài)，激光共聚焦顯微鏡下可見(jiàn)與未處理的細(xì)胞相比，等離子體處理過(guò)的細(xì)胞數(shù)量沒(méi)有發(fā)生明顯改變，因此可以證實(shí)正常細(xì)胞經(jīng)適當(dāng)條件的等離子體處理后并不會(huì)造成死亡。熊紫蘭等［42］還對(duì)動(dòng)物進(jìn)行活體試驗(yàn)研究，他們利用等離子體對(duì)家兔口腔舌粘膜進(jìn)行處理，于處理后對(duì)相應(yīng)的黏膜做病理切片，可見(jiàn)試驗(yàn)組與對(duì)照組的上皮組織均屬于正常狀態(tài)。以上實(shí)驗(yàn)均表明，等離子體在應(yīng)用中并未對(duì)人體組織造成不利影響。

9 結(jié)論與展望

綜上所述，等離子體技術(shù)在口腔醫(yī)學(xué)領(lǐng)域中擁有著極大的應(yīng)用前景，對(duì)于等離子體的研究不僅局限于消毒滅菌、牙齒美白、材料改性等方面，隨著等離子裝置的進(jìn)一步改善，它可以提供更為精細(xì)、安全和便捷的醫(yī)學(xué)治療手段。但是，將等離子體的研究結(jié)果轉(zhuǎn)化為臨床應(yīng)用仍然還有很多難點(diǎn)需要攻破，主要是因?yàn)榈入x子體裝置目前沒(méi)有相關(guān)統(tǒng)一的標(biāo)準(zhǔn)，它在應(yīng)用中需要考慮到氣體種類、作用時(shí)間、發(fā)生功率、暴露方式等因素，不同的使用條件可能會(huì)產(chǎn)生不同的生物學(xué)效果。并且我們對(duì)等離子體應(yīng)用過(guò)程中與細(xì)胞、組織、器官乃至整個(gè)機(jī)體之間的機(jī)制仍在不斷探索之中。因此，將等離子體應(yīng)用于口腔領(lǐng)域的臨床治療過(guò)程仍然還要解決很多問(wèn)題，但其在口腔醫(yī)學(xué)領(lǐng)域中的應(yīng)用前景是十分光明的。